本篇文章將對不同類型的CT 圖像偽影產生的機理和成因進行分析，介紹避免、抑制和消除CT 常見圖像偽影的技術和方法。01
基于系統物理結構的圖像偽影
01
線束硬化
當連續能譜的 X 射線經過人體時，能量較低的 X 線優先被吸收，高能量 X 射線較易穿透，在射線傳播過程中，平均能量變高，射線逐漸變硬，稱之為線束硬化(beam hardening)效應。線束硬化會產生暗帶和條狀、杯狀偽影。
對于射線硬化導致的偽影，除使用領結式過濾器外，可增加使用 X 射線過濾器或者利用迭代重建算法提高不同物質邊界的識別度硬化；對顱底偽影，也可以通過操作者采用薄層掃描的方法。02
部分容積效應
部分容積效應(partial volume)是指CT圖像上各個像素的數值代表相應單位組織全體的平均CT值，它不能如實反映該單位內各種組織本身的CT值。例如，X線球管旋轉過程中只在某些角度照射到這個器官的一部分，而在另一些角度又完全照射不到。導致A器官的一小部分被誤歸納入B器官。
部分容積效應的修正可以用薄層掃描，但有可能增大噪音，這時可以多掃描幾張，然后取平均值。03
光子不足
穿過病人到達探測器的光子不足(photon starvation)，投影噪聲迅速增大。比如X射線旋轉過程中，X射線從病人肩部的左邊入射，但無法穿透到右邊，抵達探測器的光子不足，而產生偽影。
對于光子不足的條紋偽影可以有多種方法抑制。可使用濾波：當衰減超過指定閾值時，在進行反投影之前加用平滑濾波；也可以動態調整管電流，在球管通過較厚部位時使用較大的管電流。?
04
欠采樣偽影
根據Nyquist采樣定理，原始數據的采樣頻率必須等于/大于被采樣信號最高頻率的2倍。CT采樣中當徑向和角度采樣間距明顯大于像素大小時，稱為該方向欠采樣(undersampling)。采樣間隔過大可能導致計算機對與尖銳邊緣和小物體的信息配準錯誤，顯示為細條狀混疊偽影(aliasing)從密集結構的邊緣向遠處輻射。
對于欠采樣偽影可通過基于位置校正的1/4探測器偏移法和飛焦點技術和自適應幀合成技術等來進行處理。
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基于患者本身的圖像偽影
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運動偽影
在CT 掃描數據采集過程中，若該斷層內被測物發生移位，將導致投影數據不一致，而產生運動偽影(Motion artifact)。病人的運動導致圖像產生模糊、雙重圖像或條紋狀偽影，并且偽影的嚴重程度和病人運動方向有關。
對于減少運動偽影則可以從病人和機器兩方面考慮， 比如:
??? 1)指導病人呼氣、吸氣；
??? 2)可以給病人注射鎮靜劑；
??? 3)通過球管掃描的開始位置與運動的方向對齊,使運動偽影最小化；
??? 4)心電、呼吸門控技術；
??? 5)應用特殊的重建技術,如運動偽影校正算法等。
02
金屬偽影
X線被高密度物質如假牙、手術夾、電極等作用后急劇衰減，導致對應的投影數據失真，丟失周圍的密度組織X線衰減信息所致。表現為從金屬區域發出的條狀偽影。?
對于對于金屬偽影(metallic materials)的處理，則可以在掃描開始前,取下金屬物體；對于不能取下的，可采用一定的機架角度避免金屬進入掃描范圍；對于當不能避開的金屬物，可用提高kV值，可減少線束硬化效應，或采用薄層將會減少部分容積偽影。也可選用金屬偽影消除算法進行重建。
03
不完全投影
當被掃描物有一部分在掃描區域外時,則會出現部分投影數據被截斷, 不能充分被利用于圖像重建。投影不完全(incomplete projections)可產生被截斷的投影在截斷物體邊界明亮的條紋偽影,投影數據截斷越大，偽影越多。例如肥胖的受檢查者，腹部掃描時，只照射到手的一部分，而沒有完全包括手。
投影數據不完全而導致的偽影，首先應將病人精確放置在掃描中心，然后采用軟件算法校正。
03
?基于探測器的圖像偽影
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環形偽影
在螺旋 CT 中，會由于一個或多個探測器通道性能差異而出現同心圓環形或圓弧偽影(ring artifact)。環形偽影的強度是由固定通道誤差所產生的，靠近中心的探測器誤差最大，所產生的圓環信號最亮，靠外周的探測器誤差越小，所產生的圓環信號越暗。
“醫工研習社”補充：1)判斷某個或幾個探測器通道有問題的最快方法是看定位像，如下圖所示。一旦定位像有白色亮條，基本確定探測器模塊有問題。
定位像白色亮條偽影
2)如定位像沒有白色亮條，空氣校正無法解決，多半是補償器有裂縫。因為如補償器裂縫較大，空氣校正是補償不過來的。因此，需要更換補償器或者更換準直器。
補償器開裂如出現環形偽影，應聯系廠家工程師對探測器模塊進行維修或更換。?
04
螺旋和多層掃描產生的偽影
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螺旋掃描方式在軸位圖像上的偽影
螺旋掃描方式在軸位圖像上的偽影(helical artifacts in the axial plane)，是指沿著Z軸進行螺旋掃描，對于在Z方向上形狀變化很快的結構(比如頭頂)，內插算法會導致Z方向上的結構產生偽影。隨著螺距的增大，偽影的影響增大。如今，由于CT具有大量的探測器且如果設置螺距小于1，這種偽影已很少見。
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錐形偽影和風車偽影
隨著探測器使用的排數增加，CT使用更寬的準直寬度，X射線束變為錐形(cone beam)而不是扇形，且每個檢測器在圍繞患者旋轉時所成像的區域都是體積而不是平坦的平面。生成的偽影類似于偏心物體的部分體積。這個情況在圖像邊緣特別明顯，可使用現代CT的錐束重建算法已可以糾正錐形偽影。
差值是導致風車偽影(windmill artifacts)的根本原因，與螺距和層厚等掃描參數的設置有關。?
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階梯偽影和斑馬偽影
在多排探測器行CT錐束掃描中，投影平面(從X射線源到探測器的行定義出的平面)與軸平面不完全平行(除了最中間垂直那行探測器)。在最簡單的2D FBP重建中，每條檢測器行的投影平面根據它們與旋轉中心相交的位置分配給最近的軸向平面。如果在軸向平面和投影平面之間在Z方向上存在有一定梯度的目標物體時，則將生成條紋(斑馬偽影,zebra artifact)以及階梯狀偽影(stair step artifact)。
可以使用薄層掃描，或使用自適應多平面重建(AMPR，Adaptive Multiple Plane Reconstruction?)減少這些偽影，AMPR使用傾斜平面進行重建。相關推薦：1)推薦系列 | GPS影像學院：人人都能成為專家
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